一种超宽带宽角扫描的低剖面相控阵天线

本发明属于天线，具体为一种超宽带宽角扫描的低剖面相控阵天线。

背景技术：

1、随着遥感卫星、机载毫米波雷达、5g通信领域快速发展，相控阵天线性能需求向宽带化、低剖面、高集成、高可靠性发展。相关技术中，相控阵天线需满足超宽频带、超大扫描角度及小型化等要求。针对结构，传统设计常采用多层结构或高轮廓单元，导致天线剖面高、体积大，难以匹配小型化、低剖面有严格要求的场景，过高剖面还会影响系统性能、增加风阻并降低隐身性。针对带宽，传统紧耦合偶极子单元多采用差分激励，需通过巴伦转换50ω不平衡阻抗，导致馈线结构复杂、电路体积增大，且带宽受限、倍频比低等后果。

2、综上所述，研究同时具备超宽带、宽角度扫描、低剖面特性的相控阵天线具有非常重要的意义，本发明针对这些关键问题而提出。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术问题，提供一种超宽带宽角扫描的低剖面相控阵天线。该天线的天线单元从上至下依次设横向超表面层、横向辐射层、横向金属地板层，搭配接地短路柱、金属馈电柱与ssmp连接器，各层通过特定金属贴片、镂空结构及非对称接地短路柱布置形成核心结构，工作频段覆盖5ghz~18ghz，剖面高度为0.1410.141λlow。本发明将馈电与辐射金属层共面设计实现窄边耦合，结合交趾金属贴片的电容耦合效应、不平衡接地短路柱的阻抗匹配优化及平面偶极子与紧耦合技术的融合应用，有效改善了超宽带与宽角扫描下的阻抗匹配，降低了工作频带内有源驻波比，实现了低剖面、超宽带、宽角度扫描的技术特性，同时简化加工组装流程、降低加工成本，该天线具备相对阻抗带宽113％和e面±60°、h面±45°波束扫描能力，反射损耗小、效率高，可适配航空航天、车载、舰载等对小型化、低剖面有严格要求的场景，在通信、雷达、电子对抗等领域具有良好应用前景。

2、为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

3、一种超宽带宽角扫描的低剖面相控阵天线，由若干天线单元周期排列构成；所述天线单元包括从上到下依次设置横向超表面层、横向辐射层、横向金属地板层，以及多根接地短路柱、金属馈电柱；

4、所述横向超表面层包括第一介质板、设置在所述第一介质板上表面的栅格结构金属贴片层；

5、所述横向辐射层包括第二介质板，分别设置在所述第二介质板上表面和下表面的第一金属层、第二金属层；

6、所述金属地板层包括第三介质板、设置在所述第三介质板下表面的第三金属层；

7、所述多根接地短路柱、金属馈电柱均贯穿所述第二介质板和第三介质板。

8、优选地，所述栅格结构金属贴片层包括多条平行设置的横向条形构件，以及布设在各横向条形构件两端的两条纵向条形构件；其中相邻横向条形构件间存在间隙。

9、优选地，所述第一金属层包括形成轴对称的一对辐射金属贴片，二者间通过一弯折状金属结构相连；

10、所述辐射金属贴片靠近另一个辐射金属贴片侧开有第一缺口，该第一缺口内设置金属盘，该金属盘与弯折状金属结构相连；所述辐射金属贴片远离另一个辐射金属贴片侧开有两个第二缺口，交趾金属贴片的条形枝节分别插入两个第二缺口。

11、优选地，所述辐射金属贴片为切角矩形，所述切角分布在所述辐射金属贴片靠近另一个辐射金属贴片侧的两个顶角。

12、优选地，所述弯折状金属结构为“弓”字形，用于连接两侧金属盘形成馈电结构。

13、优选地，所述第二金属层开一用于金属馈电柱贯穿的通孔，金属馈电柱与第二金属层不接触。

14、优选地，所述第三金属层包括第一金属贴片和第二金属贴片；

15、所述第一金属贴片为大面积连续金属，其上开设有镂空结构；所述第二金属贴片位于第一金属贴片镂空结构内，其与所述第一金属贴片存在间隙 。

16、优选地，所述金属馈电柱连接交趾金属贴片、第二金属贴片；所述接地短路柱的一端连接辐射金属贴片并贯穿第二金属层，另一端连接第一金属贴片。

17、优选地，两个辐射金属贴片连接的接地短路柱个数不同。

18、优选地，所述超宽带的低剖面相控阵天线工作频段为5ghz~18ghz，剖面高度为0.141λlow，λlow为低频波长。

19、基于上述技术方案，本发明的有益效果至少在于：

20、1.本发明通过窄边耦合（交趾金属贴片与辐射金属贴片之间的耦合，并且在同一层），将馈电结构与辐射金属层印刷在同一层，实现了天线低剖面要求的同时降低了加工成本。

21、2.本发明通过不平衡接地短路柱布置，进一步改善了超宽带，大角度扫描的阻抗匹配，有效降低了工作频带内的有源驻波比。

22、3.本发明通过加入交趾金属贴片，利用阵元间电容耦合抵消反射地板的等效电感，改善了超宽带的阻抗匹配，有效降低了工作频带内的有源驻波比。

23、4.本发明通过平面偶极子与紧耦合技术，使得单元模型可根据所需尺寸加工，加工后不需要焊接等方式直接组装加工。

1.一种超宽带宽角扫描的低剖面相控阵天线，由若干天线单元周期排列构成；其特征在于，所述天线单元包括从上到下依次设置横向超表面层（1）、横向辐射层（2）、横向金属地板层（3），以及多根接地短路柱（4）、金属馈电柱（5）；

2.根据权利要求1所述天线，其特征在于，所述栅格结构金属贴片层（12）包括多条平行设置的横向条形构件，以及布设在各横向条形构件两端的两条纵向条形构件；其中相邻横向条形构件间存在间隙。

3.根据权利要求1所述天线，其特征在于，所述第一金属层（22）包括形成轴对称的一对辐射金属贴片（221），二者间通过一弯折状金属结构（224）相连；

4.根据权利要求3所述天线，其特征在于，所述辐射金属贴片（221）为切角矩形，所述切角分布在所述辐射金属贴片（221）靠近另一个辐射金属贴片（221）侧的两个顶角。

5.根据权利要求3所述天线，其特征在于，所述弯折状金属结构（224）为“弓”字形，用于连接两侧金属盘（223）形成馈电结构。

6.根据权利要求1所述天线，其特征在于，所述第二金属层（23）开一用于金属馈电柱（5）贯穿的通孔，金属馈电柱（5）与第二金属层（23）不接触。

7.根据权利要求3所述天线，其特征在于，所述第三金属层（32）包括第一金属贴片（321）和第二金属贴片（322）；

8.根据权利要求7所述天线，其特征在于，所述金属馈电柱（5）连接交趾金属贴片（222）、第二金属贴片（322）；所述接地短路柱（4）的一端连接辐射金属贴片（221）并贯穿第二金属层（23），另一端连接第一金属贴片（321）。

9.根据权利要求7所述方法，其特征在于，两个辐射金属贴片（221）连接的接地短路柱（4）个数不同。

10.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述超宽带的低剖面相控阵天线工作频段为5ghz~18ghz，剖面高度为0.141λlow，λlow为低频波长。